Mae safon bws maes PROFIBUS-DP (Perifferolion Dosbarthedig) wedi bodoli ers dros ddau ddegawd, ond mae ei ofynion haenau ffisegol yn parhau i fod yn aneglur, gan arwain yn aml at ddryswch o ran diffiniadau trosglwyddyddion. Fodd bynnag, mae'n amlwg nad yw unrhyw amwysedd wedi atal PROFIBUS rhag dod yn ddatrysiad bws maes hynod lwyddiannus, gyda dros 50 miliwn o ddyfeisiau wedi'u gosod ledled y byd. Wrth i systemau newydd gael eu defnyddio, mae'n hanfodol i beirianwyr dylunio wybod bod y trosglwyddyddion y maent yn eu defnyddio wedi'u cynllunio ar gyfer y dehongliad diweddaraf a mwyaf cywir o safon PROFIBUS-DP.
Hanfodion PROFIBUS{0}}DP (Perifferolion Dosbarthedig).
Daeth y safon PROFIBUS-DP cyflymach a symlach i'r amlwg ym 1993 o'i safon rhiant arafach a mwy cymhleth, PROFIBUS FMS (Manyleb Neges Fieldbus). Mae gan PROFIBUS-DP hefyd safon cyfoedion neu ddeilliadol iau, llai poblogaidd, PROFIBUS-PA (Process Automation), sy'n defnyddio trawsyriant Manchester Bus Power (MBP) ac sy'n cael ei bweru dros y bws, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau cynhenid diogel mewn amgylcheddau peryglus. Fodd bynnag, mae PROFIBUS{6}}DP yn parhau i fod y fersiwn PROFIBUS a ddefnyddir amlaf heddiw oherwydd ei nodweddion plwg a{8}chwarae, hyblygrwydd, ac effeithiolrwydd cost. O reoli synwyryddion ac actiwadyddion mewn gweithfeydd diwydiannol i gyfathrebu â mesuryddion llif mewn iardiau rheilffordd a chymwysiadau robotig amrywiol, mae PROFIBUS-DP yn datganoli cardiau I/O (meistr) o reolwyr i leoliadau sy'n agosach at synwyryddion ac actiwadyddion (caethweision).
Gall PROFIBUS{0}}DP gyfathrebu dros gyfryngau lluosog, gan gynnwys gwifren gopr, opteg ffibr, a hyd yn oed aer mewn cyfathrebwyr isgoch. Hyd yn hyn, y cyfrwng trawsyrru did mwyaf cyffredin (Haen 1 o'r model ISO/OSI) ar gyfer meistri a chaethweision PROFIBUS yw'r cebl pâr troellog gan ddefnyddio trosglwyddyddion RS485. Nid yw hyn yn syndod o ystyried signalau gwahaniaethol cyflymder uchel RS485 a chyfathrebu cadarn dros bellteroedd hir rhwng dyfeisiau lluosog mewn amgylcheddau swnllyd. Gall meistri lluosog, fel PLCs (Rheolwyr Rhesymeg Rhaglenadwy), gysylltu hyd at 30 o gaethweision fesul segment mewn topoleg llinol. Gall defnyddio canolbwyntiau (segmentau cyfochrog) neu ailadroddwyr (segmentau cyfresol) ymestyn y rhwydwaith i 124 o gaethweision. Rhaid terfynu segmentau ar y ddau ben gan ddefnyddio terfyniad gweithredol. Gall pob caethwas fod yn boeth-wedi'i blygio i'r bws,
95% RS485, 5% dryswch
Mae PROFIBUS{0}}DP yn mabwysiadu'r rhan fwyaf o safon TIA/EIA-485-A RS485 ond mae'n ymgorffori addasiadau y gellir eu hanwybyddu'n anfwriadol oherwydd pryderon system mwy. Felly, yn groes i gred gyffredin, nid yw pob trosglwyddydd a cheblau RS485 yn addas ar gyfer rhwydweithiau PROFIBUS-DP. Mae gwahaniaethau'n bodoli o ran gwifrau, terfynu, enwi signal, a gofynion gyrwyr; gall edrych dros y rhain yn rhy gyflym beryglu perfformiad (neu waeth, ardystiad) eich dyfeisiau meistr neu gaethweision yn hawdd.
Er nad yw safon RS485 yn nodi gofynion gwifrau, mae cebl pâr troellog cysgodi (STP) 120-Ω wedi dod yn argymhelliad confensiynol. Fodd bynnag, mae PROFIBUS-DP yn argymell cebl STP 150-Ω. Yn anffodus, ni ellir brasamcanu 120 Ω i 150 Ω, ac mae'r gwahaniaeth bach hwn mewn rhwystriant cebl mewn gwirionedd yn golygu bod angen defnyddio gwahanol geblau. Mae PROFIBUS-DP hefyd yn pennu uchafswm hyd ceblau, sy'n dibynnu ar ba un o'r 10 "cam" cyfradd baud a ddefnyddir, yn amrywio o 1,200 m ar 9.6 kbits/s i 100 m ar 12 Mbits/s.
Wrth gwrs, mae gwahanol ofynion rhwystriant cebl yn arwain at wahanol ofynion terfynu. Er mwyn lleihau adlewyrchiadau signal, mae gosodiadau RS485 fel arfer yn defnyddio un gwrthydd terfynu 120-Ω ar bob pen i'r bws, tra bod PROFIBUS-DP yn argymell rhwydwaith terfynu 171-Ω ar bob pen. Arhoswch, ai typo yw hwnna? Mae PROFIBUS-DP yn argymell 171 Ω, felly onid yw hynny'n anghydnaws â rhwystriant nodweddiadol 150-Ω y cebl a argymhellir? Yn hollol. Mae Ffigur 1 yn dangos y gwahaniaethau rhwng y rhwydwaith cebl a therfynu a ddefnyddir ar gyfer PROFIBUS-DP yn erbyn RS485. Gallwch weld dau wrthydd bias bws 390-Ω yn cael eu defnyddio gyda gwrthyddion terfynu 220-Ω; y gwrthiant gwahaniaethol yw 171 Ω. Mae'n amlwg nad yw hyn yn cyfateb yn berffaith ar gyfer cebl 150-Ω, gan arwain at dampio rhwydwaith ychydig yn annigonol. Ond peidiwch â phoeni, oherwydd mae hyn yn nodi dim ond hwb bach neu gynnydd yn y foltedd signal ar y pen derbyn cebl, sy'n para dwywaith yr oedi lluosogi cebl.
Ffigur 1: Gwahaniaethau mewn ceblau, terfyniadau, ac aseiniadau pin rhwng rhwydweithiau RS485 a PROFIBUS-DP.
Os nad oedd anghydweddiad cebl/terfynu yn ddigon, dylai enwi pinnau bysiau ar drosglwyddyddion PROFIBUS ddrysu eich disgwyliadau ymhellach. Mae'n bosibl eich bod wedi sylwi ar yr enwau pin gwrthdro a ddefnyddir yn Ffigur 1. Yn y rhan fwyaf o drosglwyddyddion RS485 generig, pin A yw'r mewnbwn derbynnydd modd cyffredin (ac allbwn gyrrwr modd cyffredin), tra bod pin B yn allbwn derbynnydd modd gwahaniaethol a mewnbwn gyrrwr. Fodd bynnag, mae safon PROFIBUS yn disgrifio polaredd bysiau yn y fath fodd fel bod pinnau B ac A yn cael eu gwrthdroi. Pam yr anghysondeb? Nid oedd y safon TIA/EIA-485-A gwreiddiol yn diffinio polaredd bws yn benodol mewn perthynas â swyddogaeth signal rhesymegol, felly roedd dylunwyr RS485 IC bron yn ddieithriad yn dehongli'r fanyleb un ffordd, tra bod eraill yn ei dehongli mewn ffordd arall. Beth mae hyn yn ei olygu i chi? Yn enwedig os oes gennych brosiectau RS485 a PROFIBUS-DP, rhaid i chi dalu sylw manwl wrth fapio pinnau bysiau transceiver i gysylltwyr.
O ystyried nifer y trosglwyddyddion presennol sydd â manylebau heb eu diffinio, mae'n debyg mai foltedd allbwn y gyrrwr gwahaniaethol (V_(OD)) yw'r fanyleb sy'n cael ei chamddeall neu'n cael ei hanwybyddu fwyaf yn haen ffisegol DP PROFIBUS{1}}. Mae RS485 yn pennu V_(OD) rhwng llinellau A a B fel 1.5 i 5 V brig-i-gwahaniaethu brig, wedi'i fesur yn y terfynellau gyrrwr gan ddefnyddio gwrthyddion 54{-Ω rhwng A a B. Mae PROFIBUS-DP yn pennu V_(OD) fel 4 i 7 V gwahaniaeth brig-i'r brig, wedi'i fesur ar ben pellaf y cebl gyda therfynwyr ar y ddau ben.
Camsyniad cyffredin yw, os yw gyrrwr RS485 yn cynhyrchu dros 2.1 V ar lwyth 54-Ω, bydd yn bodloni gofynion PROFIBUS-DP pan gaiff ei ddefnyddio gyda rhwydwaith terfynedig PROFIBUS-DP. Fodd bynnag, nid yw hyn bob amser yn wir. Gall cryfder y gyrrwr RS485 fod yn ormodol a mynd y tu hwnt i'r terfyn 7-V brig-i-terfyn uchaf PROFIBUS-DP. Sylwch fod pob trosglwyddydd RS485 sy'n gydnaws â "PROFIBUS" yn nodi isafswm yn unig V_(OD) (hy, 2.1 V) heb uchafswm. Y dull gorau o sicrhau cydymffurfiaeth PROFIBUS-DP V_(OD) yw profi'r trosglwyddydd gan ddefnyddio llwyth PROFIBUS.
Mae Ffigur 2 yn dangos sut i brofi trosglwyddydd garw PROFIBUS RS485 LTC2877 gan ddefnyddio llwyth DP PROFIBUS a rhai gwrthyddion cyfres i efelychu colled cebl, lle mae V_(OD) (cromlin las) yn cael ei fesur o'r "pen cebl" (A' a B') i sicrhau cydymffurfiad gwirioneddol â'r fanyleb PROFIBUS{{5}DP). Mae'r LTC2877 hefyd yn cael ei brofi'n llawn gyda llwythi RS485 i sicrhau cydymffurfiaeth VOD â'r ddwy safon.
Ffigur 2: Profi foltedd allbwn gwahaniaethol LTC2877 (VOD) gan ddefnyddio llwyth PROFIBUS-DP.
Yn diogelu PROFIBUS-DP
Mae'r safon TIA/EIA-485-Mae safon yn darparu'r gofynion lleiaf posibl ar gyfer amddiffyniad rhag sŵn, namau, ESD, dros dro (trosglwyddiadau cyflym trydanol), neu ymchwyddiadau. O ganlyniad, rhaid i weithgynhyrchwyr a dylunwyr transceiver weithredu amddiffyniad trydanol yn annibynnol. Er bod gofynion amddiffyn yn amrywio yn ôl cais, mae rhai transceivers - gan gynnwys y LTC2877 a ddangosir yn Ffigur 3 - yn darparu amddiffyniad lefel uchel sy'n bodloni holl ofynion y farchnad.
Mae'r safon TIE/EIA-485-A yn pennu y gall y gwrthbwyso daear rhwng dwy ddyfais ar y rhwydwaith amrywio o –7 i +12 V. Fodd bynnag, gall llawer o osodiadau PROFIBUS-DP ddod ar draws folteddau sy'n sylweddol uwch na hyn, a all achosi niwed difrifol i drosglwyddyddion DP PROFIBUS. Defnyddir PROFIBUS yn gyffredin mewn systemau 24V, lle gall byrhau dyfais RS485 “safonol” i 24V fod yn angheuol. Dylai dylunwyr ei gwneud yn ofynnol i dderbynnydd gydag ystod modd cyffredin estynedig o –25 i +25 V. Mae disodli'r trosglwyddyddion PROFIBUS nodweddiadol gyda'r LTC2877 ±60V a ddiogelir yn dileu methiannau maes oherwydd namau gorfoltedd heb fod angen amddiffyniad allanol costus. Gan mai trosglwyddyddion PROFIBUS-DP yw llinell amddiffyn gyntaf y system i bob pwrpas, rhaid iddynt amddiffyn eu hunain rhag lefelau amrywiol o ymchwyddiadau ESD. Mae rhai trosglwyddyddion PROFIBUS yn cynnig amddiffyniad ESD 15kV ar eu pinnau bws pan fyddan nhw wedi'u tanio; mae cynhyrchion eraill, megis y LTC2877, yn darparu amddiffyniad ESD ±26kV HBM o'i gymharu â'r ddaear neu gyflenwad pŵer naill ai heb glicied neu ddifrod, p'un a yw wedi'i egni neu wedi'i egni, ac mewn unrhyw fodd gweithredu. Yn ogystal, mae'r pinnau bws yn cael eu hamddiffyn rhag ymchwyddiadau daear-i-ddaear ±52kV pan nad ydynt wedi'u pweru.
Math arall o orbwysau trydanol yw EFT, a ddiffinnir gan safon IEC 61000-4-4 EFT fel corbys pigyn foltedd uchel sy'n para 60 microeiliad. Mae'r math hwn o orbwysau'n cael ei achosi'n nodweddiadol gan gysylltiadau arcing mewn switshis a rasys cyfnewid, sy'n gyffredin mewn amgylcheddau diwydiannol lle mae switshis electromecanyddol yn cysylltu ac yn datgysylltu llwythi anwythol. Dylent sicrhau bod y trosglwyddydd a ddewiswyd yn cyrraedd y lefel uchaf o IEC 61000-4-4, Lefel 4, sy'n cyfateb i foltedd cylched agored 2 kV ar y pinnau bysiau.
Efallai mai'r ffurf fwyaf difrifol o orlwytho trydanol yw'r ymchwydd a ddarperir gan natur ar ffurf mellt. Felly, nid yw'n syndod nad oes gan ICs traws-dderbynnydd bach fel yr LTC2877 amddiffyniad cynhenid yn erbyn ymchwyddiadau o'r maint hwn. Yn lle hynny, mae cydrannau amddiffyn rhag ymchwydd allanol, gan gynnwys MOVs, deuodau TVS, TSPDs (Dyfeisiau Amddiffynnol Ymchwydd Thyristor), a GDTs (Tiwbiau Gollwng Nwy), yn cael eu defnyddio fel arfer mewn systemau PROFIBUS-DP lle mae cydrannau'n cael eu hamlygu mewn unrhyw ffordd. Ni all yr LTC2877 wrthsefyll trawiadau mellt ar ei ben ei hun, ond mae ei sgôr pin ± 60V uchel yn ei gwneud hi'n hawdd dod o hyd i gydrannau amddiffyn allanol sy'n gallu darparu'r lefel hon o amddiffyniad.